李 輝,麻東英,吳正國(guó),婁林毅,冶文軍（新疆獨(dú)山子石化公司乙烯廠電氣車(chē)間,新疆 獨(dú)山子 833699）

一例變頻器接地故障處理及改造

李 輝,麻東英,吳正國(guó),婁林毅,冶文軍
（新疆獨(dú)山子石化公司乙烯廠電氣車(chē)間,新疆 獨(dú)山子 833699）

摘 要：電動(dòng)機(jī)的變頻控制在化工廠生產(chǎn)裝置的過(guò)程控制中應(yīng)用十分廣泛，變頻器在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過(guò)載、接地等報(bào)警調(diào)速失靈，本文對(duì)一起變頻器接地報(bào)警的特例進(jìn)行了分析和原因查找，并通過(guò)相應(yīng)的電氣改造最終解決了這一問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；變頻器；輸出濾波器；接地故障

1　前 言

我廠某套化工生產(chǎn)裝置于2011年進(jìn)行了升級(jí)改造，升級(jí)改造后可以多生產(chǎn)幾個(gè)牌號(hào)的化工產(chǎn)品。在此次升級(jí)改造中，相關(guān)添加劑系統(tǒng)的兩臺(tái)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的工作頻率需要從50HZ調(diào)整至60HZ。在改造調(diào)試過(guò)程及后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)變頻器經(jīng)常發(fā)出接地故障報(bào)警。但是技術(shù)人員檢查確定電動(dòng)機(jī)及電力電纜絕緣良好，不存在接地情況，而且在此之前，兩臺(tái)變頻器運(yùn)行在50HZ工頻狀態(tài)時(shí)也從未發(fā)出接地報(bào)警。于是我們的技術(shù)人員戴著疑問(wèn)，查閱了大量資料并與變頻器廠家多次聯(lián)系后最終確認(rèn)了變頻器頻發(fā)接地報(bào)警的原因并進(jìn)行了相關(guān)改造。

2　電氣設(shè)備參數(shù)及報(bào)警現(xiàn)象

電 動(dòng) 機(jī) A銘 牌 參 數(shù) :UN=380V IN=6.62A(50HZ) PN=3.0kW fN=50HZ/60HZ n=1425r/min

電 動(dòng) 機(jī)B銘 牌 參 數(shù):UN=380V IN=1.3A (50HZ) PN=0.37kW fN=50HZ/60HZ n=1400r/min

兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均采用丹佛斯FC300變頻器進(jìn)行變頻控制，在此次改造之前從未發(fā)出接地報(bào)警。將兩臺(tái)變頻器工作最大頻率從50HZ調(diào)整至60HZ后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)變頻器運(yùn)行頻率超過(guò)56HZ后，變頻器經(jīng)常發(fā)出接地報(bào)警，當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率小于56HZ的時(shí)候，變頻器基本上不會(huì)發(fā)出接地報(bào)警。技術(shù)人員檢查電動(dòng)機(jī)及電力電纜絕緣電阻均正常，拆除電纜接線，目測(cè)檢查電纜外層絕緣良好，絕緣材質(zhì)無(wú)磨損、受傷情況。

查閱VLT FC300操作指南可知：接地故障報(bào)警時(shí)輸出相通過(guò)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜或者電動(dòng)機(jī)本身向大地放電，請(qǐng)關(guān)閉變頻器，排除接地故障。

3　接地報(bào)警原因分析

我們知道，變頻器接地故障報(bào)警可以分成兩種情況：第一是接地漏電流大，第二是變頻器輸出回路存在真正的接地故障。當(dāng)變頻器輸出回路的負(fù)載三相對(duì)稱(chēng)時(shí)，變頻器檢測(cè)到的三相對(duì)稱(chēng)輸出電流之和為零；當(dāng)這一電流之和不為零時(shí)，變頻器判斷三相輸出端存在接地故障。當(dāng)輸出電纜較長(zhǎng)，電力電纜三相纜芯和大地之間的電容參數(shù)可能引起漏電流導(dǎo)致變頻器接地報(bào)警，但是此種情況與我們遇到的問(wèn)題實(shí)例并不相吻合。

由于當(dāng)運(yùn)行頻率小于56HZ的時(shí)候，變頻器基本上不會(huì)發(fā)出接地報(bào)警，于是技術(shù)人員初步分析變頻器頻發(fā)接地報(bào)警原因很可能和變頻器運(yùn)行頻率超過(guò)56HZ有關(guān)，但是為什么變頻器運(yùn)行頻率調(diào)高后會(huì)發(fā)出接地報(bào)警呢？

由于電力電纜三相纜芯和屏蔽層（大地）之間、三相纜芯之間都存在分布電容，因此也產(chǎn)生了一定的分布電容電流。電容大小與電纜長(zhǎng)度成正比，電容的容抗為XC= 1/ (2π f C)，而電容中通過(guò)的電流計(jì)算公式為IC= UC/XC=2π f C?UC。

由此可見(jiàn)，當(dāng)電力電纜長(zhǎng)度一定時(shí)，頻率越高，電容電流越高。而變頻器輸出地電壓波形并不是完美的正弦波，其中含有大量的高次諧波，由計(jì)算公式可知頻率為3kHZ、5kHZ的高次諧波將引起電纜電容電流的急劇增加，當(dāng)此電流值超過(guò)變頻器接地報(bào)警漏電流門(mén)檻值的時(shí)候，變頻器就會(huì)頻發(fā)接地報(bào)警，這與我們遇到的情況時(shí)相吻合的。

4　解決方法

限制變頻器輸出回路電容電流的通用方法是在變頻器的輸出回路串聯(lián)交流電抗器，通過(guò)交流電抗器對(duì)變頻器的輸出回路進(jìn)行濾波，濾除高次諧波后，變頻器輸出電壓僅僅剩余工作頻率的基波，此時(shí)通過(guò)電力電纜分布電容的電流將會(huì)大大減少，變頻器也就不會(huì)頻發(fā)接地報(bào)警了。

在查閱了丹佛斯變頻器輸出濾波器設(shè)計(jì)指南并與變頻器廠家多次聯(lián)系后，我廠選用了兩個(gè)輸出濾波器分別串聯(lián)在兩臺(tái)變頻器的輸出回路中，最終解決了兩臺(tái)變頻器頻發(fā)接地報(bào)警的問(wèn)題。

5　結(jié)論

通過(guò)本文的案例分析，我們推測(cè)當(dāng)變頻器的最大工作頻率從50HZ調(diào)整至60HZ后，變頻器工作頻率超過(guò)工頻后，其頻率越高，變頻器輸出回路的高次諧波越多，輸出波形畸變?cè)絿?yán)重，從而反映到變頻器頻發(fā)接地報(bào)警這一現(xiàn)象上來(lái)。在變頻器輸出回路串聯(lián)了正弦輸出濾波器之后，既濾除了輸出回路的高次諧波，又解決了變頻器頻發(fā)接地報(bào)警的問(wèn)題，同時(shí)也改善了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，使電動(dòng)機(jī)能夠在波形優(yōu)良的電壓輸出回路中工作，可謂一舉多得。

參考文獻(xiàn)：

[1]VLT AutomationDrive FC300操作指南[S].

[2]VLT AutomationDrive FC300使用手冊(cè)[S].

[3]丹佛斯變頻器輸出濾波器設(shè)計(jì)指南[S].

作者簡(jiǎn)介：李輝（1981-）男，工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向：供配電維護(hù)及試驗(yàn)。